第11讲 缺陷的类型 点缺陷

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1、?第四章第一讲本章共4讲固体物理学掌握缺陷的基本类型、性质，缺陷的统计理论、扩散和缺陷在外场中的迁移。第四章晶体结构中的缺陷教学目标和要求缺陷的分类方法点缺陷点缺陷的形成原因点缺陷的类型点缺陷的运动点缺陷的热平衡统计第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷本讲内容理想晶体：结点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。晶体缺陷：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想晶体中的周期性点阵结构发生偏离的区域。分类方式几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等。形成原因：热缺陷、杂质缺陷、

2、非化学计量缺陷等。§4.0绪论第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷(a)空位(b)杂质原子(c)间隙原子图4-1晶体中的点缺陷晶体缺陷的类型——按缺陷的几何形状分类点缺陷：发生在晶体中一个或者几个晶格常数范围内的缺陷，其三维尺度都与原子尺寸相近，也称为零维缺陷，例如空位、间隙原子、杂质原子等。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷图4-2(a)刃型位错(b)螺型位错(a)(b)线缺陷：发生在晶体中一条线周围内的缺陷，其一维尺寸比其他二维尺寸大得多，也称为一维缺陷，例如刃型

3、位错和螺型位错。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷图4-3面缺陷(a)小角晶界(b)孪晶(a)(b)面缺陷：发生在晶体中二维平面上的缺陷，其二维尺寸比其他一维尺寸大得多，也称为二维缺陷，例如晶界、相界、堆垛层错、孪晶等。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷晶体缺陷的类型——按缺陷的产生原因分类1.热缺陷定义：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点(原子或离子)，热缺陷亦称为本征缺陷。类型：弗兰克尔缺陷和肖脱基缺陷。特征：温度升高时，热缺陷浓度增加。图4-4(a)弗

4、兰克尔缺陷(b)肖脱基缺陷(a)(b)第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷2.杂质缺陷定义：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。类型：间隙杂质和替位杂质。特征：如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。图4-5(a)间隙杂质(b)(c)替位杂质(a)(b)(c)第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷3.非化学计量缺陷定义：是指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生的。特征：其化学组成随周围

5、气氛的性质及其分压大小而变化。4.其它原因产生的缺陷，如电荷缺陷，辐照缺陷等。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷晶体中格点的热运动及空位的产生原子在平衡位置附近做热运动；一定温度下，所有原子热运动的平均振幅和平均能量是一定的；各个原子的振幅和能量并不一定相等；对任意原子来说，其振幅和平均能量在统计平均值附近不断变化，如果某一原子在某一时刻获得了足够大的能量，脱离了原来格点位置而迁移到其他位置，结果就在原来的位置上出现了空格点，称为空位。空位的出现产生了晶格畸变。图4-6空位的形

6、成§4.1点缺陷第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷4.1.1点缺陷的形成及种类图4-7热缺陷的形成脱离原来格点位置的原子有三种去向：迁移到晶体表面、迁移到晶体中晶界、位错或空位处；迁移到晶体内部非格点位置。肖脱基缺陷：晶体中的格点原子挣脱原子势阱后，如果迁移到晶体的表面位置或迁移到晶界、位错或空位处湮灭，而不产生新的缺陷，只在原来的格点上形成空位，这种缺陷就称为肖脱基缺陷。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷间隙原子：晶体表面或晶界、位错处的个别原子获得足够大的能量进

7、入晶体内部非格点的间隙位置，就形成了缺陷，这种缺陷称为间隙原子。图4-7热缺陷的形成弗兰克尔缺陷：晶体中的格点原子挣脱原子势阱后，如果迁移到晶体内部的非格点位置上，同时产生一个空位和一间隙原子，这种空位—原子对式的缺陷就是弗兰克尔缺陷。以上三种点缺陷都是由于原子的热运动造成的，故称为热缺陷。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷图4-8杂质缺陷(c)杂质缺陷：实际晶体中不可避免地含有或多或少的杂质，甚至为了改善晶体的某些性能，还人为地掺杂一些杂质。这就形成了杂质缺陷。基质原子：组成晶体

8、的原子称为基质原子。杂质原子：掺入到晶体中的异类原子或同位素原子称为杂质原子。杂质原子在晶体中占据位置的方式有两种：替位杂质和间隙杂质。替位杂质：杂质原子取代基质原子而占据规则的格点位置称为替位杂质。间隙杂质：杂质原子占据晶体中的非格点的间隙位置，称为间隙替位。第四章晶体结构中的缺陷第一讲绪论点缺陷图4-9点缺陷的类型(a)肖脱基缺陷(b)弗兰克尔缺陷(c)间隙原子(d)间隙杂质(e)(f)替位杂质(a)(c)(d)(b)(e)(f)第四章晶体结构中的缺陷第一讲